CN112605642A - 识别到故障时探测连接件尤其是热融自攻丝的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在机械接合和成形过程中、在识别到过程故障情况(NiO情况)时探测连接件尤其是热融自攻丝的方法，其中，作为下一个方法步骤，将元件(S)送向工件(13、13‘)以确定该元件(S)在该工件(13、13‘)处的安放点，并且在此情况下确定是否在预定的容许公差内探测到该安放点，以确定该元件(S)是否还在供应头(1)内。本发明还涉及一种用于执行这种方法的装置。

Description

识别到故障时探测连接件尤其是热融自攻丝的方法
本发明涉及一种用于在机械接合和成形过程中、在连接件穿入前或仅略微穿入情况下识别到过程故障情况(NiO情况)时探测连接件尤其是热融自攻丝(Flieβlochschraube)的方法，以及一种用于执行这种方法的装置。
这种机械(因而为冷态)加工方法(如尤其热融自攻丝)例如在运输工具工程技术被用在工件螺纹连接中，工件在此直接借助于热融自攻丝来连接。
在热融自攻丝中，通常作为第一加工过程阶段进行“螺钉安放点的寻找”，在此该阶段也可以包含：寻找用于固定工件的压板的安放点。
作为第二加工过程阶段进行所谓的“穿入”，此时螺钉穿入工件，随后在进一步的过程步骤中通过相应控制转速和进给量来进行螺纹成形且随后在螺纹头抵靠的情况下最终拧紧。
此时通常要监测所需参数如进给力、进给量(主缸和/或压板)、转速(主缸)、转矩、穿入深度和最大时间，以保证加工过程在容许公差内。
如果在前两个加工过程阶段或过程步骤即“寻找”和“穿入”中识别到故障(如压板位移和/或主缸位移在预定公差之外；高出容许转矩或未达到所要求的转矩)，则在这种故障情况(“NiO情况”，即异常情况)下并不知道(也无法探测)是否还有螺钉位于供应头内。
因此，在回应NiO情况时总是首先要经过退料行程，以保证不再有螺钉位于供应头中。随后，进行装载行程并且装入新螺钉。
随后须判断：加工过程是否能够在先前的位置或加工位点重复，或者加工设备(如机械臂)是否因为无法重复而移动到下一加工过程点(预定加工位点)。
与此相应，螺钉可能不利地遗留在设备区域中(已知的加工过程还是极其耗时的)。
因此，本发明基于以下任务，即，提供一种方法以及一种用于执行该方法的装置，其将避免现有缺点、尤其是避免螺钉或连接件留在设备区域中，同时保证快速的加工过程。
根据本发明，该任务通过一种具有权利要求1的特征的方法以及一种具有权利要求8的特征的装置来完成。
根据本发明，在出现并识别到加工过程故障(NiO情况)情况下，例如在超出最大容许转矩或低于最小容许转矩情况下，确定供应头内是否还有连接件。
为此，机械接合或成形过程被停止，并且作为下一方法步骤(重新)将元件送向工件以确定元件在工件处的安放点。对此，供应头要处于相应规定的位置，例如初始位置或基本位置，并且将该元件重新送向工件。在初始位置，所述一个或多个缸最好能够处于移入状态以进给该元件，而不用改变机械臂或供应头本身的位置(例如针对接合点)。
借助至少一个合适的测量机构(用于定位)、尤其是供应头的位移测量机构，可以在“送向”期间确定元件是否在公差内以其尖端安放在工件处。如果所述结果在公差范围内，则还有元件位于供应头内。而如果所述结果在公差范围外或未探测到安放，则没有元件位于供应头中。
通过重新如前所述进行“寻找安放点(寻找)”方法步骤保证了，也能够探测：是否可能在先前进行的“寻找”或尤其是“穿入”方法步骤中已有元件脱离供应头(因而位于设备区域中)或者元件还是位于供应头内。
甚至还可以想到能够探测已经部分穿入工件并固定在那里的元件，因为在此情况下可确定安放点在公差范围外且比已知的螺钉长度短。
在本发明的优选设计方案中，前述确定(供应头内是否还有连接件)是在连接件穿入之前或仅略微穿入时的加工过程阶段中发生的。连接件已深入工件的晚些的加工过程阶段相应地不再在根据本发明的这种确定中被纳入考虑。
因为在穿入超出轻微程度后，连接件从供应头或相应承座脱出但为此固定位于工件中，故在此情况下不会出现如下情况：元件遗留在设备区域且因而出于安全考虑必须被取出。
只要元件遗留在设备区域的情况被排除，则在此情况下可以避免不需要的方法步骤(确定该供应头内是否还有连接件，以及退料或退料行程)，进而节约时间。于是，该故障情况最好可以通过相应的消息被记录和/或触发相应的警报(例如“检查连接或检查前预先标示”)。
在本发明的优选设计方案中，针对供应头内没有元件的情况，使供应头返回初始位置并且装载新的元件至供应头中、即执行装载行程。
在此情况下，还可以记录和/或发出如下消息和/或警报，即，未经加工的元件位于设备区域中且需要例如人工移除。
而如果确定还有元件位于供应头内，则在故障情况下中断的加工过程可在现有位置继续，或者在另一位置(加工位置)启动或继续新加工过程。
在本发明的特别有利的设计方案中，在供应头的主缸无任何转动运动情况下进行“将元件供应给工件以确定元件在工件处的安放点”这一方法步骤。
在本发明的其它设计方案中，一种用于执行前述方法的装置具有供应头，其带有用于连接件尤其是热融自攻丝的容槽，该装置还具有用于控制机械接合或成形过程的控制单元。此时如此设计该控制单元，即，其在加工过程故障情况下(重新)执行“将元件供应给工件以确定元件在工件处的安放点 (尖端)”这一过程步骤或方法步骤，并且确定安放点是否在预定容许公差内，以确定连接件是否还位于供应头中的容槽内。
在本发明的其它优选设计方案中，除了用于传递进给量和转矩至元件的主缸外，供应头还具有压板，其中，如此设计该控制单元，即，该元件的安放点是依据所确定的压板在工件处的安放点并依据主缸相对于压板的相对位置来确定的。
通过所述压板，能够有利地将一个工件或多个待连接的工件固定在其位置，随后连接件被安放到工件。由此一来，可以有利地防止不希望有的相对位置变化并且提高加工精度。
本发明的其它有利设计方案来自从属权利要求。
以下，结合如图所示的实施例来详述本发明，附图示出：
图1示出供应头的前侧区域的纵剖侧视图；
图2示出进入没有预冲孔的构件中的螺钉的第一例子，
图3示出进入带有预冲孔的构件中的螺钉的第二例子。
旋拧装置的供应头1(如图1所示)在前侧区域中最好具有压板3，压板例如通过自己的缸可沿轴向朝向构件13、13‘移出。
如图1所示，压板3已经按如下方式移出，即，其已到达在构件或工件 13(例如由两个重叠金属板构成)处的安放点并且将该工件13固定就位并将其相互压紧(压板安放点)。
该供应头在内部具有轴11，在其尖端设置有未详细示出的工具。该工具例如梅花螺丝刀头与螺钉S的相应构成的钉头处于接合中。
螺钉S最好被两个保持件或保持爪9以可沿纵轴线转动的方式来保持，至少直至螺钉S的尖端安放到工件13。
轴11最好可以与压板3无关地通过自己的主缸沿轴向朝向工件13、 13‘移出。
最好只有当压板3安放在工件13、13‘表面或者压板3到达且相应探测到其在工件13、13‘表面的安放点之后，才进行主缸的和进而轴11的以及安置在其上的螺钉S的进给。
为了确定螺钉S或其尖端安放到工件13处的安放点，在优选实施方式中可以采用压板3与主缸11之间(或者说其行程之间)的位置差7(即压板行程相对于主缸行程HH的位置差)，所述行程已借助在图中未被详细示出的位移测量机构(用于主缸行程HH)来确定。
从初始位置(此时供应头1处于规定位置且压板3和主缸11都移入)起，通过压板3的移出，在达到且探测到工件13、13‘表面(压板3的安放点) 之时来作为位置差7测知压板行程NH与主缸行程之差。
到达压板3在工件13、13‘处的安放点是由供应头1的相应测量和分析机构如位移测量机构(压板3的与时间相关的位移或行程)、测力机构或测压机构依据测得值(位移、速度、加速度、力、压力等)的相应改变来探测的。
例如，压板3的这样的安放点例如可以借助于位移测量机构来确定，其测量压板所经过的位移(压板行程NH)。在最简单情况下，当所经过的位移不再增加或者在相应的位移-时间曲线中位移不随时间变化、而是恒定的时，压板3的安放点被视为达到。
借助于位移测量机构，在到达压板3安放点之前所经过的位移或行程(位置差7)被测知。
根据从位置差7减去螺钉S的已知长度L(不含钉头穿入部段)，主缸11 能够以位移或行程x移出，使得螺钉S的尖端达到工件13、13‘的表面且进而达到螺钉S的安放点。
在此情况下，行程x可以通过主缸11自己的用于测量主缸相对于供应头1的行程的位移测量机构以及通过单独的用于测量压板相对于供应头1的行程的位移测量机构来监测。显然也可以想到，从两个缸的初始位置(移入位置)起，借助于位移测量机构来测量压板3和主缸11之间的相对位移或行程，以确定在到达螺钉S的安放点前的行程x。
在任何情况下，在所谓的第一加工过程阶段“寻找”中确定(或甚至直接探测)螺钉S在工件13、13‘处的安放点，从而接着执行第二加工步骤或第二加工过程阶段即所谓的“穿入”。
在“穿入”时，在主缸的预定转速和进给力情况下将螺钉尖端穿入直至预定的穿入深度DE，如图2所示。穿入时的穿入深度DE(从螺钉S的安放点起)依据元件的尖端形状和工件13、13‘的厚度来设定。
在螺钉S尖端穿入且获得螺纹线之后进行所谓的“螺纹成形”，此时螺钉S在工件13、13‘内形成螺纹，并旋拧至螺钉头抵靠(最终拧紧)。在此阶段中，螺钉S虽然离开供应头1或不再被保持爪9保持在其中，但已经足够深地穿入工件10且被固定在其中，因此不用担心螺钉S丢失。
但在“寻找”阶段或加工步骤中(在螺钉S安放到工件13、13‘之前) 和还有初步进入(穿入)阶段中，可能在识别到的故障情况下无法排除如下情况：螺钉S从供应头1掉出，即也已经不在工件10中。
例如当在“寻找”和“穿入”加工过程阶段或方法步骤中未达到期望的实际凸出程度(在达到螺钉安放点时的螺钉距工件表面的距离)或者实际穿入深度DE时或者不在预定公差内且加工过程因此被中断时，则出现这种故障情况。
如果针对工件13‘和该方法例如采用的是具有预冲孔的螺旋接合(如图 3所示)，则可能根据预冲孔的深度不同且因为穿入深度DE相应较小而造成保持爪9打开且螺钉S从供应头1滑出。
当针对工件13和该方法采用的是无预冲孔的螺旋接合时(如图2所示)，则螺钉S在故障情况下很有可能被回撤到供应头1中，因为保持爪9无法以机械方式打开。但是，这无法在任何情况下都得到保证，因此在这里螺钉S 也有可能从供应头1滑出。
在任何情况下，尤其在“穿入”阶段中(此时真正的接合过程开始且工件 13、13‘被穿透)，可能出现：加工过程在故障情况下必须被中断并且螺钉 S不再位于供应头1内，即，在预料之外的最糟糕情况下位于设备区域中。
相应的故障情况可以如所述的那样例如出现在如下情形中，即，根据螺钉长度，主缸行程HH相比于压板行程NH未达到结束“穿入”阶段所需的深度例如7～12毫米。
此外，当实际凸出程度例如在“寻找”阶段内不在公差范围内时或者在“穿入”阶段中因为低于或高于有关轴11转速、(进给)力、转矩的容许值或者高于最大时间，该过程可能在达到例如3毫米的期望深度之前就已被中断。但难以探测在此情况下保持爪9是否还是被机械锁定且螺钉S是否回缩到供应头1中。
在识别到的故障情况下、尤其在“寻找”和“穿入”阶段中，即当关于压板行程和主缸行程所涉及的缸的位移、速度、加速度、主缸11的转速和转矩、主缸11的进给力而言低于其预定最小值或高于其预定最大值时、实际凸出程度不在公差范围内等之时，根据本发明将要探测：是否还有连接件如热融自攻丝位于供应头中。
为此，在未改变供应头1的加工位置(针对相应的接合点)情况下采取以下措施来继续被中断的过程，即，主缸11处于规定的(从工件抬离)位置且或许压板3也处于规定位置(从工件抬离)、最好是更早期的初始位置(缸已移入)。
从该位置起，无需通过退料行程来抛出可能已有的螺钉S且无需装载新螺钉S，即可重新执行方法步骤“寻找”(确定螺钉S的安放点)。
如果可以在预定公差范围内确定螺钉S在工件13、13‘处的安放点，则保证还是有螺钉S在供应头内。
本发明的方法、最好是重复开始加工过程和执行“寻找”阶段最好可以在无转动运动的情况下来进行。
在任何情况下，可以基于已知的螺钉长度参数来探测：该安放点是否总是还具有在在先过程中所确定的(在监测公差内)位置差7并且因此螺钉S是否还在供应头内。
如果螺钉S不再位于供应头中，则比之供应头内有螺钉S时，主缸行程将移动更远，并且在预定公差范围内未检测到安放点。
相应地，可以肯定地表明螺钉S是否位于供应头1内，并且操作者知晓他是否或许必须要从设备区域中取出(丢失的)螺钉S。
或许，该预定公差范围也可以被进一步理解为用于前述工艺过程阶段“寻找”的预定公差范围。
如果在继续进给超出穿入深度DE所期待的安放点(且显然在主缸安放到工件之前)时才探测到螺钉S的安放点，则可由此推断出螺钉S不再位于供应头1内、而是位于工件13、13‘中(但未处于期望的穿入深度DE)，但没有散放在设备区域中。
即便在前述实施例中已描述了根据本发明的用于热融自攻丝的方法，本发明的方法不局限于此，而是可在机械接合和成形过程中普遍适用。相应地，前述的螺钉S仅示例性代表相应的连接件。
附图标记列表
1 供应头
3 压板
5 工具
7 位置差
9 两个保持件/保持爪
11 轴/主缸
13 构件(例如由两个重叠板构成)
13‘ 具有预冲孔的构件
DE 穿入量，穿入深度
L 螺钉长度
S 螺钉
NH 压板行程
HH 主缸行程
x 到达螺钉安放点之前的主缸行程

Claims (10)

1.一种用于在机械接合和成形过程中、在识别到过程故障情况(NiO情况)时探测连接件尤其是热融自攻丝的方法，其特征是，
a)作为下一个方法步骤，将元件(S)送向工件(13,13‘)，以确定该元件(S)在该工件(13,13‘)处的安放点，并且
b)在此情况下确定是否在预定的容许公差内探测到该安放点，以确定该元件(S)是否还在供应头(1)内。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，只有当该过程故障情况(NiO情况)是在该连接件(S)穿入之前或仅略微穿入时被识别时，才执行所述步骤a)和b)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征是，该安放点是通过该供应头(1)的位移测量来探测的。
4.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征是，在已确定没有元件(S)位于该供应头(1)内的情况下，该供应头(1)被回送至初始位置并且装载新的元件(S)。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征是，附加输出如下消息和/或警报，即，未经处理的元件(S)应从设备区域被取出。
6.根据权利要求1至3之一所述的方法，其特征是，在已经确定元件(S)位于该供应头(1)内的情况下，则在故障情况下中断的过程将被继续执行。
7.根据权利要求1至3之一所述的方法，其特征是，在已经确定元件(S)位于该供应头(1)内的情况下，在另一个位置启动新的过程。
8.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征是，“将该元件(S)送向该工件(13,13‘)以确定该元件(S)在该工件(13,13‘)处的安放点”这一方法步骤是在该供应头(1)的主缸(11)无任何转动的情况下进行的。
9.一种用于执行根据前述权利要求之一所述的方法的装置，具有供应头(1)，该供应头包括用于连接件(S)尤其是热融自攻丝的容槽(9)，该装置还具有用于控制机械接合过程或成形过程的控制单元，其中，该控制单元如此设计，即，在该过程的故障情况下，该控制单元
a)作为过程步骤(重新)将该元件(S)送向该工件(13,13‘)，以确定该元件(S)在该工件(13,13‘)处的安放点，并且
b)此时确定是否在预定容许公差内得到该安放点，以确定该连接件(S)是否还在该供应头(1)的容槽内。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征是，除了用于传输进给量和转矩至该元件(S)的主缸(11)外，该供应头(1)还具有压板(3)，其中，如此设计该控制单元，即，该元件(S)的安放点是依据所确定的该压板(3)在该工件(13,13‘)处的安放点并依据该主缸(11)相对于该压板(3)的相对位置来确定的。
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